Academic literature on the topic 'Ciclo del carbono (Biogeoquímica)'

En el presente estudio se analizó el suelo de un cultivo de maíz de la ciudad de Pamplona, Norte de Santander. El objetivo de este radicó en la recuperación y análisis de las funciones que cumplen los microorganismos en los diferentes ciclos biogeoquímicos (amonificantes, nitrificantes, desnitrificantes, celulolíticos, amilolíticos y hongos antagonistas) del suelo de un cultivo de maíz localizado a 07° 23’ 20.6’’ norte y 72° 38.59’ 0’’ oeste y altitud de 2200 msnm. Se realizaron análisis físicos y químicos convencionales de: pH, humedad, densidad, capacidad de retención de agua y colorimétricos para poder establecer las condiciones propias del suelo y establecer como en función de esto se desarrollan las diferentes poblaciones microbianas y así proceder a realizar el análisis microbiológico mediante metodologías tradicionales de aislamiento, en el que se estudiaron microorganismos que intervienen en los ciclos biogeoquímicos del nitrógeno (amonificantes, nitrificantes y desnitrificantes), en el ciclo del carbono (celulíticos y amilolíticos) y posibles hongos con capacidad antagónica. Se obtuvo el recuento de una población total de 48 y 37 millones de bacterias y hongos respectivamente, donde se estimó que el 28,7% intervienen en el ciclo del nitrógeno, el 15,5% en el ciclo del carbono, aproximadamente un 55.8% de microorganismos no intervienen en ningún proceso estudiado y de 10 hongos con posible actividad antagónica: se obtuvo uno del género Penicillium spp. con capacidad de inhibir bacterias como E. coli y S.Bistua:Revista de la Facultad de Ciencias Básicas.2018.16(1):03-12aureus.Palabras clave: amonificantes, antibióticos, ci

Se plantea un modelo analítico para el ciclo global de carbono propuesto por Lade et al. en (Lade y cols., 2018), con la novedad de incorporar en su estructura información espacial en una variable y una componente difusiva para tres de las cuatro variables de estado del sistema, a saber, en océanos, atmósfera y temperatura, más no en suelos por lo poco natural que sería considerar la difusión en esta dimensión. Se estiman las aproximaciones para el cambio del flujo de carbono y temperatura por medio del método numérico de elemento finito (MEF), en este aspecto se hace una descripción de la metodología seguida que podría ser muy útil para hacer aproximaciones de otros ciclos biogeoquímicos cruciales en el sistema climático, también se describe el proceso seguido para la validación del código implementado para el MEF. Todas las aproximaciones tienen por umbral temporal el año 2100, por la naturaleza de los valores de los parámetros y los escenarios de emisión de carbono harmonizados que se han utilizado.

Se propone aquí un enfoque diferente para resolver el problema de las excursiones quimioestratigráficas negativas durante el Ediacárico, considerándolas en términos de un sistema vinculado de carbono-sulfuro-oxígeno, en el que los cambios en la dinámica de los oxidantes causarían un exceso de oxidación de carbono orgánico sobre el enterramiento, lo que resultaría en un depósito menor de DOM. La cantidad de oxidante requerida para lograr una excursión isotópica de carbono negativa a través de la oxidación de carbono orgánico neto puede resultar razonablemente de la disolución de evaporitaa a escala de cuenca.

Satisfacer las necesidades de la población de una manera racional, perdurable y ecológicamente sensata es el principal reto de las sociedades modernas. En muchas de ellas, los recursos forestales han desempeñado un papel preponderante en el desarrollo de la civilización y la contribución de la industria forestal al producto interno bruto es significativa. Este no es el caso de México. La hipótesis central de este trabajo es que el uso de la madera no es nocivo para el medio ambiente. La madera es uno de los materiales para construcción más benignos. Es un recurso natural renovable económicamente atractivo para usos estructurales y arquitectónicos. Los materiales no renovables emplean considerablemente más energía por unidad de producción que la madera. La madera como material de construcción tiene grandes ventajas. Como aislante, la madera es más eficiente energéticamente. Su eficiencia estructural en términos de la energía necesaria para producirla es mayor. Los bosques en crecimiento activo son enormes almacenadores de carbono. Ningún otro material provee este servicio ecológico que reduce el efecto invernadero. Otro punto destacado es el papel del bosque como elemento biosférico que regula la hidrología y la biogeoquímica terrestre. El secreto para obtener todos estos beneficios está en cultivar el bosque; utilizarlo para la producción de bienes de consumo, con un gasto energético reducido y hacerlo que crezca para que produzca más oxígeno, capture más bióxido de carbono y conserve el suelo al mismo tiempo.

Además de la cosecha de uva para consumo en fresco, elaboración de jugos y la producción de vinos, los viñedos (Vitis vinifera L.) por su condición de plantas leñosas y longevas pueden tener una participación importante en la asimilación y retención del carbono atmosférico. El objetivo de este estudio fue evaluar la tasa de intercambio neto de bióxido de carbono del ecosistema por sus siglas en inglés (NEE) en un viñedo durante su ciclo de producción, y su relación con el secuestro de carbono atmosférico. El estudio se realizó (de abril a diciembre de 2018) en un viñedo del cultivar Shiraz de 11 años, de la Vinícola San Lorenzo, Parras, Coahuila. La tasa de flujo de bióxido de carbono entre el dosel del viñedo y la atmósfera, a través de los meses de crecimiento se midió con los sensores de un sistema de covarianza eddy. De abril a noviembre el viñedo actúa como un sumidero de carbono atmosférico y durante mayo, junio y julio se tuvieron los valores mayores de NEE, con un valor promedio de -3.014 g C m-2 s-1. El carbono almacenado en la madera de las plantas del viñedo fue 3.35 t C ha-1. Estos resultados muestran que, los viñedos son sistemas agrícolas que pueden tener una participación importante en la mitigación del bióxido de carbono atmosférico, que aunado a su condición de plantas leñosas-longevas y las grandes superficies establecidas de viñedos en México y el mundo, son ecosistemas de almacenamientos de carbono muy importantes.

<p>El cambio climático producido por el calentamiento global, es una de las problemáticas ambientales del siglo XXI a nivel global y local. Las emisiones de Gases Efecto Invernadero (GEI) de origen antropogénico, contribuyen al cambio climático de una manera determinante. En este trabajo se analiza la huella de carbono del prototipo en estudio: Bloque para cerramientos verticales no portantes, resuelto con plástico polipropileno post-consumo, en las etapas que abarca su preparación hasta su fabricación. El objetivo es determinar la cantidad dióxido de carbono equivalente, que emiten al ambiente la fabricación del producto diseñado. La metodología utilizada es la propuesta por la Norma IRAM-ISO 14040 y Norma IRAM-ISO 14044, Análisis de ciclo de Vida. Los resultados obtenidos en el cálculo de la huella de carbono, son muy alentadores. Lo que permite valorar la incorporación de residuos sólidos plásticos a la fabricación de elementos constructivos, favoreciendo la reducción de energía en sus distintas etapas del ciclo de vida y por consiguiente la reducción de las emisiones de los distintos gases de efecto invernadero.</p>

El objetivo de este trabajo es la implementación de un modelo que permita calcular la huella de carbono y la energía incorporada de una edificación. Para esto se hizo un análisis mediante el software UMBERTO NXT CO2 de las fases 1 y 2 del ciclo de vida de la edificación, como se describe a continuación: Fase 1, materiales e insumos y Fase 2, construcción. Las emisiones de la Fase 3, derivadas de la operación de edificaciones, y Fase 4, final de ciclo de vida, no forman parte del alcance del presente estudio. Se encontró que las etapas de extracción de la materia prima y la fabricación de materiales en la Fase 1 generan más del 93% de la huella de carbono y más del 87% para la energía incorporada. Las demás fases no presentaron porcentajes significativos en estos dos indicadores.

El cambio climático de nuestro planeta y otros factores que lo contaminan, podrían provocar una catástrofe de grandes dimensiones, haciendo peligrar la propia existencia humana. Desde una perspectiva mundial, el dióxido de carbono es el gas de efecto invernadero más importante de los que hoy en día, altera la climatología de la Tierra. De este modo, la problemática del balance global del carbono es que todos participamos en el ciclo del carbono, ya sea conduciendo, utilizando electricidad producida mediante combustibles fósiles (petróleo, gas), ingiriendo alimentos o mediante la descomposición de la inmensa cantidad de materia orgánica contenida en los bosques que fueron destruidos (tala, quema), etc. En ese sentido, la prioridad de los países debe orientarse en aunar esfuerzos para la gestión del carbono, esto es, gestionar el balance global de carbono, con la finalidad de que la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera se mantenga en niveles de seguridad y de esa manera evitar nuestra propia autodestrucción así como efectos devastadores sobre los ecosistemas. La idea es que todos los agentes económicos tomemos conciencia sobre el balance final de las emisiones de dióxido de carbono y su influencia en el calentamiento global, requiriéndose un cambio de conductas ambientalmente responsables que garanticen la conservación y preservación del medio ambiente.

El cambio climático es un problema ambiental al que debe hacer frente la sociedad mundial, sin embargo, hay alternativas para mitigar dicho fenómeno y en ese contexto, el suelo puede jugar un papel importante. Por estas razones, en este artículo se hace consideraciones sobre la potencialidad del suelo para almacenar carbono, siempre en el marco de procesos mayores como el ciclo del carbono y el propio cambio climático. Por último, se destaca una iniciativa mundial para manejar el suelo en función de la problemática mencionada.

La materia orgánica del suelo es un constituyente esencial del sistema edáfico (sistema suelo), ya que por su constitución y propiedades es responsable directa de la mayoría de los procesos fisicoquímicos y biológicos del suelo. El suelo es uno de los recursos más valiosos de la humanidad que debe ser conservado y protegido; constituye un cuerpo natural, esencial, tanto desde la perspectiva de la dinámica natural como del sistema de producción de alimentos. El suelo es un frágil recurso que puede ser degradado hasta la eventual pérdida de su fertilidad. Generalmente, el decrecimiento de la productividad de un suelo ha sido tratado incrementando el uso de fertilizantes químicos, sin realizar un estudio previo sobre la modificación que experimenta el suelo por efecto de su uso y manejo. En la última década se produjo a nivel mundial un aumento en la demanda de productos agropecuarios obtenidos en forma orgánica o ecológica, lo cual ha creado un mercado que actualmente está en franca expansión. Los productos orgánicos se comercializan generalmente a precios superiores a los estándares y presentan ventajas en lo referente a la conservación del medio ambiente y de los recursos naturales. Dentro de las normativas del cultivo orgánico se prohíbe el uso de fertilizantes originados por síntesis química y de la mayoría de los insecticidas, fungicidas y herbicidas. La producción orgánica se basa, entonces, en asegurar la fortaleza y sanidad del suelo, considerado éste como un complejo ecológico donde conviven una fracción mineral con otra orgánica en descomposición y otra integrada por microorganismos animales y vegetales. El presente trabajo muestra, de forma comparativa, el ciclo del carbono y el nitrógeno en suelos bajo distintas rotaciones de cultivo y adición de compost, el completo estudio de la materia orgánica, tanto sus fracciones estables como lábiles y de las formas de nitrógeno asociado a la materia orgánica así como las formas inorgánicas: nitratos y amonio, además de parámetros biológicos como respiración y biomasa. Los suelos estudiados corresponden a muestras del orden Ultisol de la lX región del país, todos ellos bajo régimen orgánico, los cuales durante tres años fueron sometidos a rotación de cultivo(Poroto, Pradera, Trigo) y cantidades crecientes de compost ( 0, 8, 20 y 30 Mg ha-1). Luego de caracterizar las muestras se encontró que los contenidos de Carbono y Nitrógeno total, se favorecen por efecto del compost en forma no proporcional a la dosis, aumentando para ambos el reservorio en el suelo. Al estudiar las fracciones orgánicas poliméricas, se encontró que aplicación de compost incrementa en cantidad la Humina. Los contenidos de C encontrados para el ácido húmico”HA” (40-50%) y ácido fúlvico”FA” (10-30%) son los habituales para estos compuestos y coinciden con datos de trabajos previos. Al establecer relaciones entre las rotaciones de cultivo y las características de la materia orgánica; se encontró una mayor actividad de deshidrogenasas en el cultivo Poroto indicando que este vegetal tiene un efecto positivo sobre la microflora del suelo estimulando su actividad. Luego de determinar el cuociente metabólico (Qco2= mg CO2/mg biomasa C) de los suelos, se encontró como era esperable, que el compost estimula la actividad Biológica de ellos. El compostaje es un método alternativo de recuperación de recursos, cuya ventaja principal radica en sus bajos costos operacionales, aspecto que estimula el reciclado y reutilización de los desechos prediales, lo que lleva a que este producto sea de fácil acceso a pequeños y medianos agricultores. La aplicación de compost en los agroecosistemas beneficia la producción de los cultivos y ayuda a mantener la calidad del suelo, mejorando su fertilidad, su agregación y su capacidad de retención de agua.

Inland waters are relevant components of the global carbon cycle acting as hot spots for biogeochemical processes by which carbon is stored, transformed, and outgassed to the atmosphere. Therefore, less than half of the carbon that is exported from terrestrial ecosystems to inland waters finally reaches the oceans. Lakes and reservoirs have the ability to store and emit carbon in large quantities, comparable in magnitude to other major global carbon fluxes such as fossil fuel combustion, the oceanic carbon dioxide (CO2) sink and the continental carbon sink. Substantial scientific studies in the last two decades have attempted to quantify these fluxes and identify their drivers so that inland waters are accounted for in carbon budgets and Earth System models. Much of these studies have given prevalence to organic processes in determining carbon fluxes in lakes. Organic carbon burial has been described as the main form of the sedimentary carbon sink of lakes. Similarly, mineralization of organic carbon resulting from aquatic net heterotrophy has been identified as the main driver controlling CO2 emissions to the atmosphere. Hence, global carbon budgets and lake models have mostly accounted for the organic components of the carbon cycle in lakes, assuming that inorganic processes such as dissolved inorganic carbon (DIC) reactions or calcium carbonate precipitation play a negligible role. However, geological evidence from sedimentary cores shows that sedimentary carbonates act as a long-term carbon sink in lakes. Furthermore, recent studies suggest that calcite precipitation may be a relevant source of the CO2 emissions from lakes and that calcite precipitation can have important effects on the DIC equilibria. Yet, calcification, its resulting storage in the sediments, and its associated CO2 emissions have never been quantified at a global scale. Therefore, the relative contributions of organic to inorganic processes in the carbon budget of lakes is unclear. This stresses the need for a global estimation of this process. Calcite precipitation is acknowledged to be promoted by primary production through several mechanisms. However, the relationship between primary production and calcification has not been clearly described in freshwaters. Hence, the drivers of calcite precipitation are still unclear. Understanding the drivers of calcite precipitation is needed to be able to parameterize this process for a proper inclusion of inland waters’ carbon cycle in Earth System Models. This is particularly relevant in lake models because calcification can cause discrepancies between empirical data and theoretical models that rely solely on metabolic processes for assessing lake carbon fluxes. The main objective of this thesis is to understand the relevance of calcite precipitation, its drivers, and implications from a global to a local scale on lakes. The main findings are divided into three chapters, each corresponding to a published journal article. The first journal article aims at assessing the global relevance of pelagic calcification and its associated CO2 emissions in lakes by providing a first estimate of these fluxes at a global scale. This estimate is based on the relationship between calcification rates, reported in the literature, and water alkalinity. The main findings suggest that pelagic calcification in lakes is a globally relevant process, similar in magnitude to organic carbon burial in lake sediments. Its associated CO2 emissions, however, are minor due to the buffering effect of the carbonate equilibria. Furthermore, pelagic calcification can potentially occur in lakes of alkalinity above 1 meq L-1, representing more than half of the surface area covered by lakes and reservoirs globally. The importance of lake pelagic calcification stresses the need to understand its drivers so that this process can be parameterized and accounted for in lake models and carbon budgets of inland waters. This is addressed in the second journal article that combines in situ incubation experiments with high frequency data, obtained from automatic monitoring stations in several European lakes, to understand the drivers of pelagic calcification. A strong relationship between calcification, Net Ecosystem Production (NEP) and calcite saturation was identified, whereby the calcification to NEP ratio is strongly determined by calcite saturation in water. The effect of NEP on calcification acts at a short temporal scale, whereby an increase in NEP induces calcification. Yet, the efficiency of NEP to induce calcification at a short temporal scale depends on calcite saturation which follows variations at a longer temporal scale, usually reaching its highest values during the summer season. The relationship between the calcification to NEP ratio and calcite saturation can be used as a parameterization for calcite precipitation in lakes and reservoirs. Furthermore, this relationship can also explain the imbalances between inorganic carbon dynamics and lake metabolism often observed in lakes. The third journal article identifies such imbalances in eight Estonian lakes, where large deviations from the metabolic 1:1 stoichiometry between dissolved oxygen (DO) and DIC can occur in lakes of higher alkalinity. The main findings in this article suggest that these deviations are caused by calcification and can be modelled using the calcification to NEP ratio. This thesis provides a first global estimate of pelagic calcite precipitation and its associated CO2 release and offers a first parameterization of calcification that can be used to account for calcification in lake carbon budgets. These results should be considered as a stepping stone to be further built upon. Furthermore, this work stresses the need to adjust our current understanding of lake carbon cycling by accounting for organic processes along with inorganic processes such as calcite precipitation in the carbon budgets and models of lacustrine ecosystems.
Siseveekogud on ülemaailmse süsinikuringe olulised komponendid. Neis toimuvate biogeokeemiliste protsesside tulemusena süsinik kas salvestub, muundub või vabaneb atmosfääri, mistõttu alla poole maismaaökosüsteemidest siseveekogudesse sattuvast süsinikust jõuab lõpuks maailmamerre. Järvedel ja veehoidlatel on võime akumuleerida ja/või emiteerida süsinikku suures koguses, mis on võrreldav teiste suuremate ülemaailmsete süsinikuvoogudega nagu näiteks fossiilkütuste põletamine ja süsihappegaasi (CO2) neeldumine maailmameres või maismaal. Viimase kahe aastakümne jooksul tehtud olulistes teadusuuringutes on püütud nende voogude suurust hinnata ja tuvastada neid mõjutavaid tegureid, mille tulemusena arvestatakse tänastes globaalsetes mudelites juba ka siseveekogude süsinikuvooge. Suurem osa neist uuringutest leiab, et peamiselt mõjutavad järvede süsinikuvooge just orgaanilise ainega seotud protsessid. Nii peetakse orgaanilise süsiniku väljasettimist järvede peamiseks süsiniku setteneeluks. Samamoodi nagu järvede CO2 emissiooni peamiseks põhjustajaks on osutunud orgaanilise süsiniku heterotroofne lagundamine. Nõnda on ülemaailmsetes süsinikubilansi- ja järvemudelites peamiselt arvestatud orgaanilise süsinikuringe komponente, eeldades et anorgaanilistel protsessidel nagu näiteks lahustunud mineraalse süsiniku (DIC) muundumine või kaltsiumkarbonaadi sadenemine, on tähtsusetu roll. Samas geoloogilised setteuuringud näitavad, et sette karbonaatides seotud süsinik jääb ringest välja väga pikaks ajaks. Hiljutised uuringud viitavad ka, et veesambast välja sadenenud katsiidil on veekogus oluline mõju DIC tasakaalule. Siiski ei ole veekogude lupjumist, kaltsiidi ladestumist setetes ja sellega seotud CO2 emissioonide suurust kunagi ülemaailmselt hinnatud, mistõttu on järvede süsinikubilansi orgaaniliste ja anorgaaniliste protsesside suhteline osakaal ebaselge. Sellest tuleneb tungiv vajadus mineraalse süsinikuga seotud protsesse globaalselt hinnata. On teada, et kaltsiidi sadenemist veekogudes soodustab primaarproduktisoon erinevate mehhanismide kaudu. Samas pole lubjastumise ja primaarproduktsiooni vahelisi seoseid mageveekogudes seni selgelt kirjeldatud, mistõttu on ka kaltsiidi sadestumise põhjused endiselt ebaselged. Kaltsiidi sadestumist põhjustavate tegurite mõistmine ja väljaselgitamine on aga vajalik selle protsessi parameetrimiseks, et siseveekogude süsinikuringet nõuetekohaselt kaasata globaalsetesse mudelitesse. Seda on väga oluline arvestada ka järvemudelites, kuna lupjumine võib põhjustada lahknevusi empiiriliste andmete ja teoreetiliste mudelite vahel, mis tuginevad järve süsinikuvoogude hindamisel ainult metaboolsetele protsessidele. Selle töö põhieesmärk on mõista kaltsiidi väljasademise olulisust, seda põhjustavaid tegureid ja tagajärgi järvedele nii globaalses kuni kohalikus mõõtmes. Töö peamised tulemused on jagatud kolme peatükki, millest igaüks vastab teadusajakirjas avaldatud artiklile. Esimese artikli peamiseks eesmärgiks oli hinnata pelaagilise lupjumise olulisust ja sellega seotud süsihappegaasi lendumist järvedes ning anda esialgne hinnang nendele protsesside globaalsele tähtsusele. Antud hinnang põhineb seni kirjanduses avaldatud lubjastumise määradest ja veekogude aluselisusest. Töö tulemused viitavad, et pelaagiline lupjumine järvedes on globaalses mastaabis oluline protsess ja on samas suurusjärgus orgaanilise süsiniku väljasettimisega järvedes. Lupjumisest tulenevad süsihappegaasi heitkogused on tänu järvede karbonaatsel tasakaalul põhinevale puhverdusvõimele siiski väike. Pelaagiline lupjumine saab tekkida vaid üle 1 mekv/l aluselisusega mageveekogudes, kuhu kuuluvad enam kui pooled maailma järved ja veehoidlad. Järvede pelaagilise lupjumise tähtsus rõhutab vajadust mõista selle protsessi liikumapanevaid tegureid, mis omakorda võimaldaks seda protsessi ka parameetrida ning arvestada järvemudelites ja süsinikuringe uuringutes. Nende tegurite olulisust käsitletakse antud töö teises artiklis, kus pelaagilise lupjumise põhjusi uuritakse mitmetes Euroopa järvedes tehtud in situ inkubeerimiskatseid ja automaatsetest seirejaamade mõõtmisandmeid analüüsides. Töö tulemusena tuvastati oluline seos lubjastumise, ökosüsteemi puhastoodangu (NEP) ja kaltsiidi küllastustaseme vahel. Leiti, et lubjastumise ja NEP-i omavaheline suhe määrab kaltsiidi küllastustaseme vees. NEP mõjub lupjumisele lühiajalises skaalas ja võimendab seda. NEP-i efektiivsus lubjastumise indutseerimisel sõltub aga kaltsiidi küllastustasemest, mis saavutab oma tipu tavaliselt suvel. Seost lubjastumise ja NEP omavahelise suhte ning kaltsiidi küllastustaseme vahel saab kasutada kaltsiidi väljasadenemise hindamiseks järvedes ja veehoidlates. Lisaks aitab see seos seletada sageli täheldatud tasakaalu puudumist mineraalse süsiniku dünaamika ja järvede ainevahetuse vahel. Kolmas teadusartikkel tuvastab sellise tasakaalu puudumise kaheksas Eesti järves, kus kõrgema aluselisusega järvedes võivad esineda suured kõrvalekalded metaboolsest 1:1 stöhhiomeetriast, lahustunud hapniku ja DIC vahel. Selle artikli peamised järeldused viitavad sellele, et need kõrvalekalded on tingitud peamiselt lubjastumisest ja et neid on võimalik modelleerida kasutades lubjastumise ja NEP omvahelist suhet. See väitekiri annab esmase üldhinnangu kaltsiidi pelaagilisele väljasadenemisele ja sellega seotud süsihappegaasi eraldumisele ning toob välja tegurid, mida saab kasutada lubjastumise arvestamiseks järve süsinikubilansi hindamisel. Neid tulemusi saab pidada hüppelauaks edasistesse teadusuuringutesse. Käesolevas töös rõhutatakse ka vajadust kohandada meie praegust arusaama järve süsinikuringest, et arvestada orgaanilisi süsinikuga seotud protsesside kõrval ka mineraalse süsinikuga toimuvat, näiteks kaltsiidi väljasadestumist, mis on oluline nii mageveeökosüsteemi süsinikubilansi hindamisel kui ka erinevates järve ainevahetuse mudelites.
Les aigües continentals són un component rellevant del cicle global del carboni pel seu paper com a punts calents de processos biogeoquímics mitjançant els quals el carboni s’emmagatzema, es transforma i s’emet cap a l’atmosfera. Com a resultat, menys de la meitat del carboni que s’exporta des dels ecosistemes terrestres a les aigües continentals arriba finalment als oceans. Els llacs i embassaments tenen la capacitat d’emmagatzemar i emetre carboni en grans quantitats, comparables en magnitud a d'altres fluxos globals de carboni com la crema de combustibles fòssils, l’embornal de diòxid de carboni (CO2) oceànic o l’embornal continental de carboni. La intensa recerca duta a terme en les darreres dues dècades ha quantificat aquests fluxos i identificat els principals factors determinants per tal d’incorporar les aigües continentals als balanços globals de carboni i facilitar la seva inclusió als models del sistema Terra. Gran part d’aquests treballs han donat prevalença als processos orgànics com a determinants dels fluxos de carboni en llacs. L'enterrament de carboni orgànic s'ha descrit com la forma principal de l’embornal sedimentari de carboni en aquests sistemes. Alhora, la mineralització de carboni orgànic resultant de l’heterotròfia aquàtica neta s’ha identificat com el principal factor determinant de les emissions de CO2 a l'atmosfera des de llacs i embassaments. En definitiva, els balanços globals de carboni i els models lacustres s’han basat principalment en els components orgànics del cicle del carboni, assumint que els processos inorgànics tals com les reaccions del carboni inorgànic dissolt (DIC) o la precipitació de carbonat de calci tenen un paper negligible. No obstant això, l’evidència geològica en testimonis de sediment mostra que en llacs els carbonats actuen com un embornal de carboni a llarg termini. A més, estudis recents suggereixen que la precipitació de calcita pot ser una font rellevant del CO2 emès des de la superfície de llacs i embassaments, alhora que la precipitació de calcita pot tenir un efecte important sobre els equilibris del DIC. No obstant això, la calcificació, l’emmagatzemament resultant de carboni als sediments, i les emissions associades de CO2, no han estat mai quantificades a escala global. Per tant, es desconeix la contribució relativa dels processos orgànics i inorgànics en el balanç de carboni dels llacs. Això posa de manifest la necessitat d’una estima global d’aquest procés. La producció primària promou la precipitació de calcita a través de diversos mecanismes, si bé la relació entre producció primària i calcificació no ha estat clarament descrita en aigües dolces. Comprendre els determinants de la precipitació de calcita en llacs és un pas necessari per poder parametritzar aquest procés i incloure adequadament els fluxos de carboni en aigües continentals en els models de sistema Terra. Això és particularment rellevant en la modelització de llacs perquè la calcificació pot causar discrepàncies entre les dades empíriques i els models teòrics que només contemplen processos metabòlics per avaluar els fluxos de carboni en aquests sistemes. L’objectiu principal d' aquesta tesi és comprendre la rellevància de la precipitació de calcita en llacs, els seus determinants i les implicacions, tant a escala global com local. Les principals conclusions es divideixen en tres capítols, cadascun corresponent a un article publicat en una revista. El primer article té com a objectiu avaluar la rellevància global de la calcificació pelàgica en llacs i les emissions de CO2 associades, proporcionant una primera estima d’aquests fluxos a escala global. Aquesta estima es basa en la relació entre taxes de calcificació reportades a la literatura i alcalinitat de l’aigua. Els resultats suggereixen que la calcificació pelàgica lacustre és un procés rellevant a escala global, similar en magnitud a l'enterrament de carboni orgànic als sediments dels llacs. Les emissions de CO2 associades a la calcificació, però, són de menor importància a causa de l’efecte tamponador dels equilibris del DIC. La calcificació pelàgica té lloc potencialment en llacs d'alcalinitat superior a 1 meq L-1, que representen més de la meitat de la superfície global de llacs i embassaments. La importància del la calcificació pelàgica en llacs posa de manifest la necessitat d'entendre’n els factors que la determinen per tal de poder parametritzar aquest procés i incloure’l en els balanços de carboni de les aigües continentals. Aquest tema s’aborda al segon article, que combina experiments basats en incubacions in situ amb dades d’alta freqüència obtingudes per estacions automàtiques de monitoreig en diversos llacs europeus, per tal d’entendre els factors que determinen la calcificació pelàgica. Es va identificar una forta relació entre calcificació, producció neta ecosistèmica (NEP) i saturació de calcita, estant el quocient entre calcificació i NEP determinat en gran mesura per la saturació de calcita a l’aigua. L'efecte de la NEP sobre la calcificació es dóna a una escala temporal curta, de manera que un augment de la NEP indueix la calcificació. Tot i així, l'eficiència amb què la NEP indueix la calcificació depèn de la saturació de calcita, que en canvi segueix variacions a una escala temporal més llarga, generalment assolint els valors màxims durant l’estiu. La relació entre el quocient calcificació/NEP i la saturació de calcita pot servir de base per a una parametrització de la precipitació de calcita en llacs i embassaments. A més, aquesta relació també pot explicar els desequilibris sovint observats entre la dinàmica del carboni inorgànic i el metabolisme lacustre. El tercer article analitza aquests desequilibris en vuit llacs d’Estònia, on s’observen grans desviacions de la estequiometria metabòlica 1:1 entre oxigen dissolt (DO) i DIC en els llacs de major alcalinitat. Les principals conclusions d’aquest article suggereixen que aquestes desviacions són causades per la calcificació i que es poden modelitzar mitjançant el quocient calcificació/NEP. Aquesta tesi proporciona una primera estima global de la precipitació pelàgica de calcita i la conseqüent emissió de CO2 i ofereix una primera parametrització de la calcificació, que es pot utilitzar per incloure aquest flux en els balanços de carboni en llacs. Els resultats constitueixen un punt de partida sobre el qual aprofundir en aquest tema. Aquest treball ressalta la necessitat de millorar la comprensió actual del cicle del carboni tenint en compte tant processos orgànics com processos inorgànics com la precipitació de calcita, en els models i balanços de carboni dels sistemes lacustres.

La captura i emmagatzematge geològic de CO2 es considera una opció viable per a la reducció de les emissions netes d’aquest gas a l’atmosfera terrestre. El procés consisteix a separar el CO2 de la resta de gasos generats durant l’ús de combustibles fòssils, transportar-lo fins a les plantes d’emmagatzematge i injectar-lo en una formació porosa i permeable que el retindrà, en principi, indefinidament. En aquesta tesi es consideren els aqüífers salins profunds com a reservori de CO2 de referència. La fase d’emmagatzematge requereix que es monitoritzi el subsòl mitjançant tècniques indirectes no destructives, amb l’objectiu de caracteritzar la distribució del CO2 dins el reservori per poder assegurar que la contenció és efectiva i permanent. Entre els mètodes de monitoreig existents, els mètodes elèctrics i electromagnètics són molt convenients, degut a la seva sensibilitat a la conductivitat elèctrica, una propietat física intrínsecament relacionada amb la fracció de volum de fluids conductors presents a la porositat de la roca. Quan s’injecta CO2 al subsòl, la substitució de salmorra (conductora) per gas (resistent) genera un contrast de resistivitat detectable amb mètodes elèctrics i electromagnètics. En funció de la magnitud del canvi, es pot quantificar la saturació de CO2 del reservori. Aquesta tesi centra la seva investigació en els efectes elèctrics d’alguns dels fenòmens que tenen lloc a micro-escala durant el procés d’injecció i emmagatzematge geològic de CO2. L’objectiu principal consisteix a caracteritzar la distribució de resistivitat elèctrica d’una mostra centimètrica de gres de Fontainebleau en dos experiments principals, mitjançant la tècnica de la tomografia elèctrica aplicada a escala de laboratori. Els dos experiments principals d’aquesta investigació inclouen, per un cantó, la quantificació de la saturació de CO2 per a diferents graus de saturació i, per l’altre, el monitoreig del sistema en un experiment de dissolució de CO2 a alta pressió (40 bar). A l’experiment I, la mostra representa una petita fracció d’un aqüífer salí profund (saturat d’una salmorra molt salina) en diferents estadis de l’avanç del plomall de CO2. A l’experiment II, la mostra representa una fracció d’un aqüífer somer (amb una salmorra poc salina) en la qual hi ha hagut una invasió de CO2 des d’un aqüífer proper. Per tal de poder realitzar els experiments plantejats, s’ha dissenyat i muntat un sistema experimental que permet realitzar mesures de tomografia elèctrica a les condicions de pressió requerides, sense haver d’aturar l’experiment. Els dos experiments principals són una de les contribucions més importants d’aquesta tesi, perquè per primer cop s’ha aplicat tomografia elèctrica a escala centimètrica en experiments que involucren CO2. Els resultats han demostrat que el sistema experimental permet obtenir dades significatives i de bona qualitat. Els models resultants de l’experiment I han permès quantificar la saturació de CO2 a l’interior de la porositat de la roca, mentre que l’experiment II ha permès determinar l’augment de la conductivitat de la salmorra degut a la dissolució i dissociació de CO2 al llarg de vuit dies. Així, aquesta tesi suposa una contribució rellevant al camp de l’emmagatzematge geològic de CO2 i al de l’aplicació de la tomografia elèctrica a escala de laboratori, presentant una investigació dels fenòmens elèctrics fruit de la interacció entre els components del sistema roca–salmorra–CO2 a escala centimètrica. Les dades experimentals adquirides, a més, constitueixen una base de coneixement per a la calibració dels models obtinguts amb tècniques elèctriques i/o electromagnètiques de gran escala, o per a la realització de processos d’upscaling.
Carbon capture and storage (CCS) is considered a feasible alternative to reduce the net emissions of CO2 to the atmosphere. This thesis is related to the monitoring phase of the process, after CO2 has been injected into the porosity of a reservoir and the evolution of the system and its properties has to be controlled. The main goal of monitoring is to obtain an accurate characterization of the subsurface CO2 accumulation, in order to verify the quantity of injected gas and to detect any possible leakage. Geophysical monitoring of the reservoir is performed from the surface or along boreholes, and thus it becomes necessary to perform laboratory experiments to investigate the behavior of the reservoir rock in relation to CO2, and to calibrate the results of the field scale methods. Electric and electromagnetic methods are especially well-suited for CCS monitoring due to the sensibility of electric resistivity to CO2 saturation. This thesis focuses on two main objectives. Firstly, to design and construct an experimental setup which is able to perform electrical tomography measurements on a centimeter-scale rock sample at various P-T conditions. Secondly, to perform two new experiments related to CO2 monitoring. In the first experiment, we have quantified the CO2 saturation inside a cylindrical (4x8 cm) Fontainebleau rock sample at various CO2 volume fractions, emulating a small fraction of a saline aquifer at different injection stages (the sample was saturated with a highly saline brine). In the second experiment, we have detected and quantified the effects of the dissolution of the CO2 in the brine on the same sample at a pressure of 40 bar during eight days, emulating the invasion of CO2 into a shallow aquifer (the brine used was of low salinity). Both experiments of this thesis represent a contribution to the CCS field, as they highlight some important aspects which are typically neglected, such as the effect of the surface conductivity and the variation of brine conductivity during the experiment. If both factors are ignored, the CO2 saturation will be underestimated by using only the resistivity index method. We have modified the equation to account for these two influences, thus contributing to a more accurate monitoring.

In river networks, dissolved organic matter (DOM) constitutes the major pool of organic carbon, and plays a key role as energy source and modulator of toxic substances availability. In this thesis, Joan P. Casas-Ruiz and collaborators provide new insights into the controls on DOM processing, and into how in-stream reactions and changing DOM sources modulate DOM dynamics in river networks. To attain this, the quantity and composition of DOM were evaluated across a river network throughout a full hydrological year. The results compiled in this thesis pose water residence time as the main regulator of DOM processing, while DOM properties as well as nutrient availability determine the net balance of in-stream degradation and production of DOM. A network-scale analysis identifies a pattern of DOM concentration and chemical diversity with maxima in medium-sized rivers, and the same pattern emerges upon analysis of a global data set. On the basis of these results, this thesis proposes a conceptual framework to comprehend and predict the spatiotemporal dynamics of riverine DOM
La matèria orgànica dissolta (DOM) constitueix la major reserva de carboni orgànic en els sistemes fluvials, on també hi juga un paper clau com a font d'energia i modulador de la disponibilitat de substàncies tòxiques. En aquesta tesi, Joan P. Cases-Ruiz i col•laboradors pretenen identificar els controls de processament DOM, i entendre com la combinació de reaccions in situ i canvis en les fonts de DOM modulen les dinàmiques de la DOM fluvial. Per tal d'assolir-ho, es van evaluar la quantitat i composició de la DOM en una xarxa fluvial al llarg d'un any hidrològic complet. Els resultats recopilats en aquesta tesi assenyalen el temps de residència de l'aigua com el principal regulador de processament de la DOM, mentre que les propietats intrínsiques de la DOM, així com la disponibilitat de nutrients determinen el balanç net de degradació i producció de la DOM. Una anàlisi a escala de xarxa fluvial identifica un patró de concentració i diversitat química de la DOM amb màxims en els rius de mida mitjana. En base a aquests resultats, aquesta tesi proposa un marc conceptual per comprendre i predir les dinàmiques espacials i temporals de la DOM fluvial

Nowadays, it is recognized that freshwater ecosystems can process a substantial part of the terrestrial organic matter they transport, thereby contributing significantly to global C fluxes. However, the mechanisms behind this processing are still poorly defined. The scant consideration of the environmental heterogeneity commonly found in river networks in ecological studies could be limiting our comprehension of the real capacity of freshwater ecosystems to process organic matter and the range of existing pathways to do so. Mediterranean river networks are ideal settings to explore this knowledge gap because their large variability in flow conditions, both climate- or human-induced, lead to high spatial and temporal environmental heterogeneity. This flow variability results in complex river networks that commonly include temporary streams that cease to flow at some point in space and time, and a notable presence of lentic waterbodies generated by flow regulation. These are features that are also expected to expand to freshwater ecosystems worldwide due to the ongoing global change. Despite their current and predicted widespread occurrence, the processing of organic matter under these conditions is far from fully understood. This thesis contributes to filling this shortage of knowledge by exploring different mechanisms involved in the processing of terrestrial organic matter along a Mediterranean river network. Specifically, it aims to increase current knowledge on POM decomposition across the mosaic of habitats generated by flow variability and the DOM uptake by bacteria in a forested stream. The findings of this thesis showed that flow variability induced by both natural and human disturbances generates a complex mosaic of habitats with distinct capacity to transport, retain and process POM. On the one hand, our results indicated that flow regulation by small dams and weirs triggers changes in the ecosystem functioning along the river network, as revealed by differences in wood decomposition rates between lotic and lentic reaches. However, these changes occurred only in high-order streams, where decomposition rates were faster in lotic than in lentic reaches, probably due to more physical abrasion and differences in microbial decomposer assemblages. On the other hand, our results pointed out that the recurrent flow cessation in temporary streams generates discontinuities in leaf litter decomposition along it. Dry and emerged conditions slowed down the decomposition in intermittent reaches compared to perennial ones. However, the specific moment of flow fragmentation entails a mosaic of aquatic and terrestrial habitats that encompasses a highly heterogeneous decomposition process. In isolated pools, decomposition rates were as faster as in a perennial reach, with an intense leaching and an important contribution of microbial decomposers. In emerged streambed sediments, leaf litter decomposed slower than in aquatic habitats and the decomposition was driven by abiotic factors. In addition, results from this thesis also indicated that the labile forms of DOC are as highly immobilized from the water column as DIN even when large amounts of detritus are available in a forested stream. Indeed, bacteria established on leaf litter had the highest contribution to this immobilization, indicating the influence of autumnal inputs on the cycling of C and N in forested streams. Overall, this doctoral thesis contributes to a better understanding of how Mediterranean river networks process organic matter and highlights the need to study it taking into account the mosaic of habitats generated by flow variability.

Os dois ciclos mais importantes nas reações de oxi-redução, no ambiente de superfície, são o do carbono e o do enxofre que fazem parte de um sistema maior que compreende a atmosfera, biosfera e litosfera sedimentar. Levando isso em conta, partimos de um modelo de simulação numérica do ciclo biogeoquímico global, para investigar o papel do sistema carbono-oxigênio-enxofre. A modelagem se baseia em estudos nos quais o ciclo do carbono é conjugado com o ciclo do enxofre, elaborada a partir dos principais mecanismos de oxi-redução envolvidos nos ciclos biogeoquímicos das rochas sedimentares e no registro isotópico do sulfato e carbonato marinho, durante o Fanerozóico. A descrição numérica que compõe a estrutura do modelo se apresenta sob a forma de um sistema de Equações Diferenciadas Ordinárias, empregando uma técnica de modelagem em Fortran que descreve as influências mútuas entre os diversos parâmetros geoquímicos envolvidos. Para o intervalo de tempo considerado, os resultados se apresentam qualitativamente válidos, embora contraditórios quando se observam os teores de oxigênio atmosférico estimados. Hipóteses mais elaboradas associadas a metodologias mais adequadas permitirão estender este estudo, possibilitando previsões mais precisas e abrangentes que conciliem de forma mais satisfatória os aspectos ambientais, tanto a nível local como regional e global.
Carbon and sulfur cycles comprise a pair of cycles of outstanding importance when the redox processes of the atmosphere, biosphere and the sedimentary lithosphere are considered within an integrated whole. These considerations triggered in this work the development of numeric models capable of investigating the global biogeochemical within the carbon-oxigen-sulfur system. Modeling is based on studies the carbon is considered as coupled with the sulfur cycle, in terms of the main redox mechanisms involved in the biogeochemical cycles of sedimentary rocks and in the isotopic record of marine sulfates and carbonates, during the Phanerozoic. The model structure comprises a numerical description presented as a system of Ordinary Differential Equations, using a Fortran modeling technique that describes the mutual influences among the various geochemical variables involved. Along the investigated time interval, results are apparently coherent, although somewhat contradictory as far as the estimated oxygen contents are concerned. More elaborated hypotheses, associated to more adequate methodologies will allow us to extend this study in order to suggest predictions that will be both more precise and span wider intervals, including environmental aspects at the local, regional and global scales.

La producció primària del fitoplàncton marí transforma CO2 i nutrients de l'aigua de mar en matèria orgànica. Encara que la majoria del carboni contingut a la matèria orgànica és reciclat prop de la superfície dels oceans, una part s'enfonsa cap a aigües profundes i és convertit altre cop en CO2 per l'acció dels bacteris marins, i només un 0,1% arriba als fons oceànics i és emmagatzemat als sediments, restant aïllat de l'intercanvi actiu amb l'atmosfera. L'eficiència d'aquest procés, anomenat bomba biològica oceànica, no depèn només de l'absorció de CO2 atmosfèric, sinó dels processos que afecten al flux de material que acompanya al carboni en el seu viatge al llarg de la columna d'aigua. Aquest flux també transporta cap als sediments profunds altres indicadors de processos biogeoquímics que tenen lloc a les aigües superficials, indicadors que poden ser d'especial importància per a reconstruir les condicions ambientals i llurs possibles causes de variació en el passat.

El primer gran experiment de fluxos de partícules a la mar d'Alborán ha aportat informació molt rellevant sobre l'origen i els processos de transferència de material particulat, així com sobre l'eficiència de la bomba biològica en aquesta àrea situada a cavall entre la mar Mediterrània i l'oceà Atlàntic. L'anàlisi combinat de les dades de fluxos de partícules obtingudes en cinc estacions durant gairebé un any (de juliol de 1997 a maig de 1998), juntament amb dades de corrents, hidrologia, meteorologia i imatges de satèl·lit (clorofil·la i temperatura de l'aigua superficial) del sud de la península Ibèrica, ha permès determinar els tres principals processos que controlen l'arribada de material particulat al fons marí.

· L'entrada de grans quantitats de carboni orgànic i òpal al fons és controlada per la circulació de les masses d'aigua superficials (girs d'Alborán i Front d'Almeria-Orà), la qual determina el desenvolupament de comunitats fitoplanctòniques riques en diatomees i la sedimentació massiva d'agregats orgànics. La influència d'aquestes estructures hidrològiques provoca que l'eficiència de la bomba biològica a la zona sigui la més elevada de les enregistrades a la mar Mediterrània, amb valors del 0,5-0,9% del carboni produït per fotosíntesi a les aigües superficials transferit verticalment i emmagatzemat als sediments profunds a més de 2000 metres.

· El material terrígen és introduït principalment per la descàrrega dels rius situats al sud de la península Ibèrica. La transferència quasi directa del material fí aportat per aquests rius cap al fons de la mar d'Alborán oriental a través de canyons submarins, i la circulació superficial de les masses d'aigua en direcció sud-est, nodreixen d'abundant material litogènic tota la zona. L'efecte llast, proporcionat per aquestes partícules litogèniques i per partícules de carbonat de calci en períodes d'elevada productivitat, impedeix el procés natural de formació de bari biogènic en els agregats de matèria orgànica, element utilitzat tradicionalment com a indicador de processos biològics tant en temps recents com passats.

· La batimetria irregular de la mar d'Alborán afavoreix l'existència de processos laterals de transferència de material i la presència de capes nefeloides intermèdies i de fons, riques en material litogènic i carbonat resuspesos per acció dels corrents. En moments d'elevada productivitat aquestes aportacions laterals són també riques en carboni orgànic, constituint una de les fonts més importants de carboni cap als sediments profunds. L'existència d'aportacions laterals de bari biogènic a la zona més propera al marge continental ibèric i la diferència notable entre els valors enregistrats en zones de marge continental i en ambients d'oceà obert qüestiona l'ús del bari biogènic com a indicador directe de productivitat primària a les aigües superficials.
Primary production of marine phytoplankton transforms CO2 and nutrients from seawater into organic matter. Although most of it is recycled near the surface, a fraction sinks into the deeper waters and is converted back into CO2 by marine bacteria, and only about 0.1% reaches the seafloor and is buried in the sediments. The efficiency of this process, known as the oceanic biological pump, does not depend only on the uptake of atmospheric CO2 but on the processes controlling the flux of material accompanying carbon during its descent through the water column. This flux also transports other biogeochemical indicators of surface processes to the deep-sea sediments, which are determinant to reconstruct environmental conditions and its possible causes of variation in the past.

The first large particle flux experiment in the Alboran Sea has provided important information about the origin and transfer processes of particulate material and the efficiency of the biological pump in this key area between the Mediterranean Sea and the Atlantic Ocean. The combined analysis of particle fluxes obtained from five stations over almost one year (from July 1997 to May 1998), together with current, hydrology and meteorology data and satellite images (chlorophyll and sea surface temperature) from the southern Iberian Peninsula reveals that three main processes control the arrival of particulate material to the deep-sea sediments.

· The arrival of particulate organic carbon and opal to the sea floor is controlled by sea surface circulation (Alboran gyres and Almeria-Oran Front) that allows the development of diatom-rich phytoplankton communities and the massive sedimentation of organic aggregates. The influence of these hydrological structures causes the efficiency values of the biological carbon pump to be amongst the highest recorded in the whole Mediterranean Sea, with 0.5-0.9% of the carbon fixed during photosynthesis transferred down to the sea floor and buried in the sediments at more than 2000 m of water depth.

· The arrival of terrigenous sediments to the deep Alboran Sea is closely linked to fluvial discharge from the southern Iberian Peninsula rivers. The almost direct transfer of the material delivered to the continental shelf to the deep basin through submarine canyons and the southeastward dominating circulation feed the area with abundant lithogenic material. The ballast effect of the lithogenic and carbonate particles may limit decomposition of organic matter aggregates and biogenic barium formation, traditionally used as a proxy for both modern and past biological processes.

· Irregularities in local bathymetry favour the existence of lateral transport processes and the formation of intermediate and deep nepheloid layers relatively rich in lithogenic and carbonate material resuspended by near-bottom currents. During high productivity events the advected material is also rich in organic carbon, representing the most important source of carbon to deep-sea sediments. Lateral transport of biogenic barium from the lower continental slope in the Western Alboran Sea to deeper areas, together with the clearly different relationship between biogenic barium and organic carbon in margin systems and open ocean systems, questions the use of biogenic barium as a productivity proxy.

Orientador: Henrique Cesar da Silva
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Geociências
Made available in DSpace on 2018-08-19T00:30:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Barros_CristianeOliveirade_M.pdf: 4281977 bytes, checksum: b5c1e7d5c90fe9d95ab0cc7b75beab57 (MD5) Previous issue date: 2011
Resumo: Entender o funcionamento de nosso planeta em sua complexibilidade, em diferentes processos e acoplamentos entre eles, tem sido um desafio para cientistas em todo mundo em diversas áreas. Estender este conhecimento, a perspectiva da sua complexidade, à escola e aos alunos é um desafio ainda maior, já que passa pela estrutura curricular, produção de materiais didáticos, avaliação e mediação docente. Isso certamente também se relaciona com questões ambientais. Discursos sobre ambiente são produzidos por diversas ciências, com seus arquivos e suas condições de produção, mas também por outras vozes e em outras instâncias e instituições. Discursos esses que significam e re-significam as relações homem/natureza, ciências humanas/ciência naturais, homem/ambiente, relações entre sociedade, ciência, tecnologia e ambiente. Dentre as questões atualmente mais discutidas em torno da temática ambiental estão aquelas relacionadas ao aquecimento global e às mudanças climáticas, envolvidas em controvérsias sobre a ação antrópica e, principalmente no que diz respeito ao aumento do CO2 atmosférico e sua possível relação com possíveis mudanças no clima da Terra. Alguns desses discursos que significam o ambiente de diferentes maneiras chegam à escola, participam da produção de discursos escolares. Outros não. Entre os sentidos e conhecimentos que fazem parte dessas questões, estão aqueles relacionados ao ciclo do carbono. Buscamos analisar possíveis efeitos de sentidos sobre esse tema cuja circulação passa pela escola, e em cuja circulação sócio-histórica mais ampla, a escola tem um papel. Este trabalho tem como objetivo analisar diferentes textualizações do ciclo do carbono, ou seja, materiais que nos permitem produzir sentidos sobre esse assunto, tanto na forma de imagens quanto na forma verbal escrita, enquanto definições encontradas em livros didáticos. Materiais que circulam em escolas. Além desses materiais, foram analisadas questões do ENEM que tratam especificamente desse tema, como uma das formas pelas quais determinados sentidos sobre o ciclo do carbono chegam à escola. A perspectiva teórico-metodológica foi baseada na Análise de Discurso de origem francesa que nos permite observar os efeitos de sentidos produzidos pelos diferentes discursos sobre o ciclo do carbono. Bem, como em aspectos da epistemologia das geociências, de onde derivamos as categorias de análise. Acreditamos que nosso trabalho contribui para a compreender e para ressaltar o papel de conhecimentos e da perspectiva epistemológica das geociências nas escolas, trazendo à reflexão a utilização de concepções que possibilitem aos alunos desenvolver um entendimento do sistema terrestre
Abstract: Understand the workings of our planet in its complexity, in different processes and linkages between them, has been a challenge for scientists around the world in several areas. Extending this knowledge, the prospect of their complexity, the school and students is an even greater challenge, as is the curriculum structure, production of teaching materials, teacher evaluation and mediation. This certainly relates to environmental issues. Discourses on the environment are produced by various sciences, with their files and their conditions of production, but also by other voices and other bodies and institutions. Mean that these discourses and re-signify the man / nature, human sciences / natural science, human / environment relationships between society, science, technology and environment. Among the currently most discussed issues around the environmental issues are those related to global warming and climate change, involved in controversies about human action and especially with regard to increasing atmospheric CO2 and its relation to possible changes in climate Earth. Some of these speeches that mean the environment in different ways come to school, participate in the school production of speech. Others do not. Between the senses and knowledge that are part of these issues are those related to the carbon cycle. We seek to analyze possible effects of meaning on the subject on which traffic passes through the school, whose circulation and broader socio-historical, the school has a role. This work aims to analyze different textualizações of the carbon cycle, ie, materials that allow us to make sense of this, both as images and written in verb form, while definitions found in textbooks. Materials that circulate in schools. In addition to these materials were analyzed ENEM issues that specifically this issue as one of the ways in which certain meanings about the carbon cycle to school arrive. The theoretical-methodological approach was based on Discourse Analysis of French origin that allows us to observe the effects of meaning produced by the different discourses on the carbon cycle. Well, as aspects of the epistemology of geosciences, from which we derive the categories of analysis. We believe our work helps to understand and to highlight the role of knowledge and epistemological perspective of the geosciences in schools, bringing to reflect the use of concepts that enable students to develop an understanding of the Earth system
Mestrado
Ensino e Historia de Ciencias da Terra
Mestre em Ensino e Historia de Ciencias da Terra

Magíster en Meteorología y Climatología
Registros geológicos ponen de manifiesto rápidas y grandes excursiones isotópicas nega- tivas de 13C, tales registros sólo pueden ser explicados por grandes inyecciones de carbono empobrecido al Sistema Tierra. Estas inyecciones han llevado a extremos y abruptos eventos de calentamiento que, eventualmente, han estado acompañados de importantes extinciones masivas. Un candidato plausible para lo anterior es el metano. Es por ello, que es imperante contar con una nueva herramienta que permita el estudio climas pasados enfocados en la biogeoquímica del océano y su efecto en el clima. En este trabajo, se presenta la expansión del altamente versátil Modelo del Sistema Tierra DCESS para incorporar grandes inyecciones de CH4 las cuales pueden conducir a condiciones subóxicas/anóxicas en el océano. Para lidiar con esto, se llevó a cabo la incorporación de trazadores asociados a ciclos biogeoquímicos simplificados de nitrógeno y azufre; y su inter- acción con el sistema climático terrestre. Se pone a prueba esta nueva versión del Modelo mediante la liberación de metano en donde se ha variado el tamaño, escala temporal y reser- vorio (océano-atmósfera) de inyección. Se ha encontrado que grandes y relativamente rápidas inyecciones de metano al océano llevan a una extensa suboxia/anoxia con consecuencias importantes para la biogeoquímica y la vida en el océano y el clima, este último, a través de grandes liberaciones de óxido de nitró- geno a la atmósfera. Por su parte, inyecciones de CH4 a la atmósfera producen un incremento en la temperatura atmosférica global promedio aún mayor, pero con menor perturbación del océano. Por tanto, con esta nueva versión, se tiene una nueva y más completa herramienta para estudiar eventos de calentamiento pasados y que eventualmente pueden volver a ocurrir durante las décadas/siglos venideras(os) producto de la variación natural climática y/o la acción antropogénica a través de masivas liberaciones de carbono al Sistema Tierra.
Este trabajo ha sido financiado por Proyecto Fondecyt N° 1150913 y Núcleo Científico Milenio: Paleoclima del Hemisferio Sur

O objetivo da pesquisa foi quantificar os fluxos de entrada e saída de carbono (C) ao longo de um ano hidrológico, medidas estas importantes para o balanço de C num ecossistema. A microbacia em estudo apresenta uma área de 1319 hectares, o rio que drena esta microbacia é afluente do Rio Darro, Bacia do Rio Xingu, Mato Grosso Brasil. A cobertura vegetal é de Tensão Ecológica, área de contato entre a floresta tropical chuvosa e cerrado. Para estimar a entrada e o transporte de C no sistema, amostras de 12 eventos de chuva foram coletadas e determinadas as concentrações de carbono orgânico dissolvido (COD) e carbono inorgânico dissolvido (CID) na água da chuva, precipitação interna da floresta, escoamento de água pelo tronco, escoamento superficial do solo, solução do solo e água do lençol freático. Os fluxos de saída de C foram quantificadas em 13 eventos, com a determinação de CO2 e CH4 do rio e do solo, e a exportação de COD, CID e carbono orgânico particulado (COP) pelo rio. Na água da chuva as concentrações médias de COD foram de 6,7 ± 3,7 mg L-1, o que representou uma entrada de 82,3 Kg C ha-1 ano-1. Após o percurso através do dossel, a precipitação interna apresentou a maior quantidade de COD transportada no sistema, com valores de 142,6 Kg C ha-1 ano-1. O escoamento superficial do solo e o escoamento pelo tronco, contribuíram com apenas 1 a 2 % do COD transportado no sistema. No caso do CID, as concentrações nos compartimentos acima do solo foram muito baixas, semelhantes ao esperado pelo equilíbrio com o CO2 da atmosfera, ao passo que nos compartimentos abaixo do solo, houve supersaturação de CO2 e aumento considerável de CID. O solo foi a componente de maior perda de carbono do sistema, com fluxos para a atmosfera de mais de 6000 Kg C ha-1 ano-1, o que representou 99% da saída da microbacia. Para o CH4 o solo foi um pequeno sumidouro de carbono na ordem de 4,37 ± 0,09 Kg C ha-1 ano-1. O rio apresentou fluxos extremamente elevados de CO2 e CH4, com mais de 63000 Kg C ha-1 ano-1, porém as perdas pelo rio foram baixas quando comparadas com a área total da bacia (56,2 ± 0,07 Kg C ha-1 ano-1). Das frações exportadas na descarga pelo rio, o COD foi a fração dominante, porém relativamente baixa, com uma saída de 1,6 Kg C ha-1 ano-1. As perdas de CID e COP pelo rio foram de 0,9 Kg C ha-1 ano-1 e 0,01 Kg C ha-1 ano-1 respectivamente. Concentrações elevadas de COD nos compartimentos acima do solo, mostram uma clara variação sazonal, em parte, provavelmente como resultado das atividades humanas nesta região. As elevadas concentrações de CID na solução do solo e água do lençol freático durante o período chuvoso, associado aos maiores fluxos de CO2, indicam uma forte conectividade entre ambientes terrestre e aquático.
The objective of this research was to quantify the fluxes of carbon (C) input and output in a watershed during a hydrological year that represent important components for the C budget in an ecosystem. The watershed studied covered an area of 1319 ha, and is drained by the Darro River tributary, Xingu Basin, Mato Grosso state - Brazil. The area is characterized by a typical transition from evergreen tropical forest to Cerrado. In order to estimate the input and transport of C in the system, samples from 12 rain events were collected over the year and measured for dissolved organic carbon (DOC) and dissolved inorganic carbon (DIC) in the rainwater, throughfall, stemflow, overlandflow, soil solution, and groundwater. C fluxes were quantified in 13 sampling events for carbon dioxide (CO2) and methane (CH4) emissions from the stream and soil, and for DOC, DIC and particulate organic carbon (POC) exported by the stream. Mean annual DOC concentration in the rainwater was 6.7 ± 3.7 mg L-1 representing an input of 82.3 Kg C ha-1 yr-1. Throughfall represented the largest flow path of DOC in the system with an annual transport of 142.6 Kg C ha-1 yr-1. Stemflow and overlandflow contributed to 1 and 2% of the total DOC transported in the system. For dissolved inorganic carbon, the concentrations in aboveground compartments were very low, similar to what is expected as result of the equilibrium whith the atmosphere. In contrast, DIC concentration in the belowground flow paths was high due to supersaturation in relation to the CO2 concentrations in the atmosphere. Soil C emission was the largest carbon flow path in the basin, more than 6000 Kg C ha-1 yr-1, which represented 99% of C losses in the watershed. In the case of CH4 the soil acted as a C sink with a sequestration rate of 4.37 ± 0.09 Kg C ha-1 yr-1. The stream showed elevated fluxes of CO2 and CH4 of more than 63000 Kg C ha-1 yr-1 . However, compared to the entire basin area the losses from the stream were small (56.2 ± 0.07 Kg C ha-1 yr-1). Although the DOC concentration in the stream was low, it represented the main organic carbon loss component, with a flux of 1.6 Kg C ha-1 yr-1. Losses of DIC and POC from the stream amounted around 0.9 Kg C ha-1 yr-1 and 0.01 Kg C ha-1 yr-1, respectively. The high DOC concentrations in aboveground flow paths exibited clear seasonal variations, in part problably as a result of massive human activities in the region. Also, the high concentrations of DIC in the soil solution and in groundwater during the rainy season, associated with the highest CO2 fluxes, indicated the strong connectivity between terrestrial and aquatic environments.

Introdução: A busca de estratégias educacionais que gerem consciência ecológica são demandas presentes para o aprendizado efetivo em Educação Ambiental. A Educação de Jovens e Adultos (EJA) no contexto de ensino remoto por conta do período pandêmico de Covid-19, trouxe um desafio novo: como promover reflexão sobre os processos ecológicos em estudantes que acabam de retornar aos estudos e já se encontram afastados do ambiente escolar? Em tempos em que, o país e o planeta presenciam enormes alterações ambientais que comprometem o equilíbrio do planeta é necessário oferecer atividades de ensino que promovam atitudes de preservação e de redução dos desequilíbrios ambientais. Porém, para o desenvolvimento da consciência ambiental é necessário entender que somos sujeitos-agentes do ecossistema que vivemos. Objetivo: Nessa proposta, foi desenvolvido uma sequência didática chamada nossa “NOSSA MARCA NO MUNDO”, composta por atividades que fazem um percurso para entender como funcionam as dinâmicas ecológicas na vida do planeta, como todas as ações são interdependentes, e as relações de nós com o que consumimos. Material e métodos: A sequência didática apresentada foi realizada com estudantes do Curso Técnico em Comércio Integrado ao Ensino Médio modalidade PROEJA via ensino remoto. As atividades foram aplicadas em etapas: a) Cálculo da Pegada Ecológica e de Carbono; b) Ecossistemas; c) Ciclos biogeoquímicos: Carbono; d) Mudanças Climáticas e Consumo; e) O plástico nosso de cada dia. Em cada etapa foram elaborados e distribuídos materiais de leitura, atividades práticas e discussão dos temas em encontros síncronos. Resultados: Cada atividade gerou informações sobre hábitos dos estudantes, permitindo a autoanálise de seu lugar no mundo e como nossas ações deixam rastros e causam impactos negativos. A partir desse ponto, os estudantes assumiram papel ativo com ações pessoais e domésticas na geração de impacto positivo na redução do desequilíbrio ambiental. Entre as ações dos estudantes apareceram: composteira doméstica, adoção de sacolas ecológicas e escolha de produtos com menos plásticos. Conclusão: A proposta permitiu, mesmo em ensino remoto, que os estudantes da modalidade EJA visualizassem e repercutissem a importância da consciência coletiva nas mudanças de comportamento de consumo que inevitavelmente deixa marcas no mundo.